CN114685116B - 一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法 - Google Patents

一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明针对现有散电磁辐射造成的电磁污染以及电磁泄密问题。本发明采用的纳米铁氧体粉末由水热反应制备、并包覆了介孔SiO2壳层；然后与普通硅酸盐水泥混和，进行氧化等步骤制备水泥基电磁屏蔽板。本发明制备的水泥基电磁屏蔽板的厚度为8毫米，在2～18GHz范围内达到‑0.78～‑20.58dB。与传统水泥板相比，加入铁氧体的水泥板的电磁屏蔽性能得到明显的提高，并且水泥基电磁屏蔽板的制备方法简单，易于操作实施，成本较低。

Description

一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
当今高新技术迅速发展的时代，电磁辐射量大幅度增加，有害的电磁辐射会造成电磁污染，电磁污染不仅对人体健康造成危害，还对电器设备的正常工作造成干扰、并引起信息泄露。随着5G通信等无线通信技术使用强度的快速提升，由杂散电磁辐射造成的健康危害、泄密等问题逐渐凸显；尤其，随着钢构建筑的大量建造，城市中由杂散电磁辐射造成的电磁污染以及电磁泄密问题日益严重。因此，电磁污染、电磁泄密已经成为现代城市建设中必须着力解决的严重问题。
通过材料吸收杂散电磁波并将其转化为热能是控制杂散电磁辐射最有效的途径。考虑到大城市中建筑物立面巨大、密集分布且接近电磁辐射源的特点，若将电磁吸收功能附加于大型建筑则可实现高效的电磁污染防治。水泥基材料是建筑工程中最常用的材料，该材料性能稳定、环境适应性强、价格低廉等优点，适合作为电磁吸收功能的基底。因此，在传统水泥基建材中加入电磁损耗介质则可能实现高效的电磁吸收，这对改善城市人居环境，提高信息安全有重大意义。
水泥基电磁吸收材料主要靠加入电磁损耗介质来吸收杂散电磁波，吸收的频段和效率主要与电磁损耗填料的种类、含量有关。当前研究多采用金属粉末作为电磁损耗介质填充水泥基复合材料、碳系水泥基复合材料等，但是这些材料与水泥的相容性问题和耐久性问题需要解决。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法。
一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，制备纳米铁氧体颗粒，并对获得的纳米铁氧体颗粒依次进行包覆介孔SiO2壳层和超声分散处理；
步骤2，将处理后的纳米铁氧体颗粒加入普通硅酸盐水泥中，用净浆搅拌机进行机搅形成水泥浆体，其中处理后的纳米铁氧体颗粒与普通硅酸盐水泥体积百分比为15-25％；
步骤3，将泥浆体倒入成型模具中，放到成型振实台上振动25-30s将水泥浆体中的气泡振出密实，在其表面覆盖保鲜膜，养护室养护24h后进行脱模，脱模后的试样放入养护室养护28天，获得水泥基电磁屏蔽板。
进一步地，步骤1中制备纳米铁氧体颗粒的操作过程如下：
将FeCl3·6H2O溶于乙二醇中磁力搅拌均匀获得FeCl3溶液，然后加入CH3COONa和PVP搅拌均匀后，将溶液转移至反应釜中，在200℃下水热反应7-12h，滤出沉淀并清洗，烘干，获得纳米铁氧体颗粒。
更以进步的，FeCl3·6H2O与乙二醇的质量体积比为0.05～0.08g：1L。
更进一步地，每升FeCl3溶液中加入CH3COONa质量为0.1～0.2g。
更进一步地，每升FeCl3溶液中加入PVP质量为0.02～0.05g。
进一步地，对纳米铁氧体颗粒包覆介孔SiO2壳层处理过程为：
将纳米铁氧体颗粒加入乙醇/去离子水混合液，加入氨水和CTAB，获得反应体系，将反应体系转移至烧杯中，并加入C8H20O4Si，机械搅拌1-2h，滤出产物并清洗，烘干。
更进一步地，纳米铁氧体颗粒与乙醇/去离子水混合液的质量体积比为20～50g：1L，其中乙醇/去离子水混合液中乙醇与去离子水的体积比为3:4。
更进一步地，每升纳米铁氧体颗粒混合液中加入0.006～0.01mL的氨水，氨水质量浓度为25％；每升纳米铁氧体颗粒混合液中加入CTAB质量为0.001～0.004g；每升纳米铁氧体颗粒混合液中加入C8H20O4Si的体积为0.006mL。
进一步地，步骤1中超声处理过程为：将包覆介孔SiO2壳层的纳米铁氧体颗粒与水按照质量体积比为500g：1L混合，然后进行超声波分散处理，超声波功率微2KW，处理时间为10min。
进一步地，步骤3中养护室的养护条件为：温度为20±2℃，湿度为95％以上。
本发明具有以下有益效果：本发明通过掺入预处理后的铁氧体粉末来提高水泥基材料电磁屏蔽性能，得到频率2GHz-18GHz频段内优异的电磁波反射率的水泥基电磁屏蔽板，简化了传统水泥基建材中加入电磁损耗介质的制备过程，降低生产成本。此外发明通过对铁氧体粉末的超声处理，提高铁氧体粉末在水泥浆体中的分散性，并在制备过程中采用成型振实台增加密实度，解决了传统水泥基建材中加入电磁损耗介质存在的相容性以及耐久性问题。
附图说明
图1为实施例1获得的水泥基电磁屏蔽板的电磁波吸收性能示意图；
图2为实施例2获得的水泥基电磁屏蔽板的电磁波吸收性能示意图；
图3为实施例3获得的水泥基电磁屏蔽板的电磁波吸收性能示意图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
(1)制备纳米铁氧体颗粒：
将FeCl3·6H2O以0.07g/L浓度溶解乙二醇中，磁力搅拌30分钟后以0.13g/LCH3COONa和0.03g/L PVP继续搅拌；将得到的溶液转移至反应釜中，在200℃温度下保温8小时，滤出产物、清洗，70℃干燥12小时，获得纳米铁氧体颗粒。
(2)对纳米铁氧体颗粒进行包覆介孔SiO2壳层和超声分散处理：
20g Fe3O4纳米颗粒加入到700mL的乙醇和去离子混合溶液中，以0.0081mL/L加入氨水、以0.002g/L加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，随后转移至烧杯中、以0.006mL/L加入C8H20O4Si(硅酸四乙酯)机械搅拌，滤出产物、清洗，70℃干燥12小时，获得处理后的纳米铁氧体颗粒。
(3)将处理后的纳米铁氧体颗粒进行分散：
将处理后的纳米铁氧体颗粒以500g/1L的比例加水混合，转移到净浆搅拌锅中进行超声波分散处理，超声波功率2KW、分散10分钟，超声的同时用机械搅拌器进行搅拌。
(4)混合成型：
将分散后的纳米铁氧体颗粒以铁氧体粉末(处理后的)体积百分比15％和普通硅酸盐水泥混合，用净浆搅拌机进行机搅形成水泥浆体，倒入模具中，经过成型振实台振动25～30秒振出气泡，然后将其表面覆盖保鲜膜。试样尺寸为180mm×180mm×8mm。
(5)养护：
将成型的水泥浆体放入养护室养护24小时后脱模，其中，养护室的养护条件为：温度为20±2℃，湿度为95％以上；脱模后的试样放入相同环境的养护室养护28天，进行电磁屏蔽性能测试，结果如图1所示。
由图1可知，本实施例获得的水泥基电磁屏蔽板的峰值吸收约为15.3dB、吸收峰在2.6GHz附近。对无线路由器频段(802.11a)电磁波的吸收约为9.5dB、对移动5G频段电磁波吸收约为12.5～15dB，对电信5G和联通5G频段电磁波信号的吸收分别为3.9dB和3.6dB；对手机信号的吸收不高于2.3dB。整体而言，该材料对无线路由器(802.11a频段)和移动5G相关的杂散辐射吸收较好、但是对电信5G、联通5G和手机相关电磁辐射的吸收效果不佳。
实施例2：
本实施例与实施例1不同处为：将分散后的纳米铁氧体颗粒以铁氧体粉末(处理后的)体积百分比20％和普通硅酸盐水泥混合；其余步骤与实施例1相同。
对该实施例获得的水泥基电磁屏蔽板进行电磁屏蔽性能测试，结果如图2所示。由图2可知，该水泥基电磁屏蔽板的峰值吸收约为22dB、峰值频率在2.24GHz附近。对无线路由器频段(802.11a)电磁波的吸收约为12.9dB，对移动5G频段电磁波吸收约为7.4～9.2dB，对电信5G频段和联通5G频段电磁波吸收分别为2.2dB和2.1dB；对手机信号的吸收最高可达8.2dB。整体而言，该材料对无线路由器(802.11a)、移动5G和手机相关的杂散辐射吸收良好，但是对电信5G、联通5G相关辐射的吸收效果不佳。
实施例3：
本实施例与实施例1不同处为：将分散后的纳米铁氧体颗粒以铁氧体粉末(处理后的)体积百分比25％和普通硅酸盐水泥混合；其余步骤与实施例1相同。
对该实施例获得的水泥基电磁屏蔽板进行电磁屏蔽性能测试，结果如图3所示。由图3可知，该水泥基电磁屏蔽板的峰值吸收约为21.5dB、峰值频率在2.08GHz附近。对无线路由器(802.11a)频段电磁波的吸收约为8.7dB，对移动5G频段电磁波的吸收约为7.4～9.2dB，对电信5G和联通5G频段电磁波的吸收分别为5.0dB和7.0dB；对手机信号的吸收最高可达15.7dB。整体而言，该材料对手机和无线路由器(802.11a波段)相关辐射吸收较好，但是对5G相关辐射的吸收效果不佳。
不同实施例的特征波段吸收性能对比如下表所示：
Figure BDA0002879432730000041
由上表可知，含铁氧体的水泥墙板厚度为8mm时，其强烈吸收波段集中于2～3GHz；通过铁氧体填充率的变化可以实现对多类电磁辐射信号的吸收、且最佳吸收可以在手机、无线路由、5G等波段内灵活调节。

Claims (7)

1.一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，制备纳米铁氧体颗粒，并对获得的纳米铁氧体颗粒依次进行包覆介孔SiO2壳层和超声分散处理；
所述的步骤1中制备纳米铁氧体颗粒的操作过程如下：
将FeCl3·6H2O溶于乙二醇中磁力搅拌均匀获得FeCl3溶液，然后加入CH3COONa和PVP搅拌均匀后，将溶液转移至反应釜中，在200℃下水热反应7-12h，滤出沉淀并清洗，烘干，获得纳米铁氧体颗粒；
所述的对纳米铁氧体颗粒包覆介孔SiO2壳层处理过程为：
将纳米铁氧体颗粒加入乙醇/去离子水混合液，加入氨水和CTAB，获得反应体系，将反应体系转移至烧杯中，并加入C8H20O4Si，机械搅拌1-2h，滤出产物并清洗，烘干；
所述的步骤1中超声处理过程为：
将包覆介孔SiO2壳层的纳米铁氧体颗粒与水按照质量体积比为500g：1L混合，然后进行超声波分散处理，超声波功率微2KW，处理时间为10min；
步骤2，将处理后的纳米铁氧体颗粒加入普通硅酸盐水泥中，用净浆搅拌机进行机搅形成水泥浆体，其中处理后的纳米铁氧体颗粒与普通硅酸盐水泥体积百分比为15-25％；
步骤3，将水泥浆体倒入成型模具中，放到成型振实台上振动25～30s将水泥浆体中的气泡振出密实，在其表面覆盖保鲜膜，养护室养护24h后进行脱模，脱模后的试样放入养护室养护28天，获得水泥基电磁屏蔽板。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，所述的FeCl3·6H2O与乙二醇的质量体积比为0.05～0.08g：1L。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，每升FeCl3溶液中加入CH3COONa质量为0.1～0.2g。
4.根据权利要求1所述的一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，每升FeCl3溶液中加入PVP质量为0.02～0.05g。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，所述的纳米铁氧体颗粒与乙醇/去离子水混合液的质量体积比为20～50g：1L，其中乙醇/去离子水混合液中乙醇与去离子水的体积比为3:4。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，每升纳米铁氧体颗粒混合液中加入0.006～0.01mL的氨水，氨水质量浓度为25％；每升纳米铁氧体颗粒混合液中加入CTAB质量为0.001～0.004g；每升纳米铁氧体颗粒混合液中加入C8H20O4Si的体积为0.006mL。
7.根据权利要求1所述的一种水泥基电磁屏蔽板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中养护室的养护条件为：温度为20±2℃，湿度为95％以上。
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